№ 10 (2024)

Изучен химический состав вулканических почв южных Курильских островов (Итуруп, Кунашир, Шикотан), испытывающих периодическое воздействие пеплопадов преимущественно основного состава при извержении вулканов. Определено валовое содержание металлов (K, Ca, Mg, Na, Ba, Cu, Co, Cd, Cr, Fe, Mo, Ni, Pb, Sс, Sr, V, Zn) и концентрации подвижных форм, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером при рН 4.8. Валовые концентрации Sc, V, Fe, Zn в 1.5–5 раз выше, а содержание Cr, Ni, Sr, Ba в 2–10 раз ниже кларков. Почвы характеризуются контрастным распределением рН 3.75–7.81, что предопределяет лабильность металлов. Максимальная активность радиальной и латеральной миграции отмечается при низких значениях кислотно-щелочного показателя, приводя к резкой дифференциации химического состава генетических горизонтов почв в различных катенарных позициях, коэффициенты радиальной и латеральный миграции при этом могут увеличиваться до 12 и 29 соответственно. Результаты факторного анализа показали ведущую роль почвообразующих пород в формировании химического состава почв (около 63% дисперсии выборки), в меньшей степени влияют процессы гумусообразования, трансформации минеральных и органических веществ в почвах, гидротермальная активность. Для почв, формирующихся на средних и основных породах кайнозойской вулканической толщи, характерна Ca–Mg–Na парагенетическая ассоциативность, липарит-дацитового комплекса – Ba–K–Pb–Mo, габброидного – Ni–Cr–Cu, псаммитового – V–Sc–Fe–Co. Парагенезис Mo–Pb типичен для участков современной гидротермальной активности. Показано влияние процессов образования россыпей на химический состав почв прибрежных районов оcтровов Итуруп и Шикотан. Распределение подвижных форм связано с процессами хелатообразования, геохимическими барьерами кислотно-щелочного, сорбционного и окислительно-восстановительного типа. Выявлено локальное загрязнение почв, обусловленное, главным образом, работой автотранспорта. На территории пгт Крабозаводское и Южно-Курильск отмечается увеличение концентрации Ba, Sr и K, связанное с деятельностью рыбокомбинатов, в г. Курильск – Cr, Ni, Cu, Co, Zn и Pb, источником которых является ремонтная база. Рассчитанный индекс вероятности токсичности почв (MERMQ), а также результаты биотестирования на Daphnia magna Straus. и Chlorella vulgaris Beijer показали низкую токсичность почв. Это объясняется небольшой плотностью населения и низкой степенью хозяйственного освоения островов.

Пиролиз рассматривается как один из перспективных методов переработки сельскохозяйственных отходов и получения удобрений. Эффективность получаемого биочара в качестве удобрения доказана, однако до настоящего времени остаются открытыми вопросы о преимущественных путях декомпозиции органических веществ в его составе – биотическом или абиотическом. В настоящей работе пути трансформации биочара, изготовленного из кукурузы – растения с С₄-типом фотосинтеза (с повышенным содержанием ¹³С) – оценивали с применением твердофазного метода CP/MAS ¹³C ЯМР-спектроскопии. Биочар помещали в верхний слой почвенного монолита серой лесной почвы, в течение 90 сут имитировали режим осадков, характерный для средней полосы России. На полученных ЯМР-спектрах образцов почвы с биоуглем, пик в области 129 м.д., характерный для ароматических соединений, увеличивался со временем эксперимента в верхнем слое почвы, но не в других слоях. Это говорит о том, что частицы биочара не мигрируют вниз по почвенному профилю в течение одного сезона. При этом интенсивность кумулятивного микробного дыхания в присутствии биочара увеличивалась – с 85.0 г СО₂/кг в контрольном образце до 201.4 г СО₂/кг в образце с биоуглем (верхний слой почвы). Согласно ЯМР спектрам соли, образованной при минерализации выделившегося из почвы углекислого газа, в нем содержится меченый углерод: на спектрах имеется пик в районе 169 м.д., характерный для карбонатов. Кумулятивный объем выделившегося CO₂ из почвы с биочаром был в 1.9 раз больше, чем из контрольной. Добавление микроорганизмов-деструкторов привело к дополнительному увеличению объема СО₂ – в 2.4 раза относительно контроля, что свидетельствует о роли микроорганизмов в деструкции органического вещества почвы и биоугля. Однако, основываясь на стабильности содержания общего углерода в почве, можно заключить, что лишь незначительная доля компонентов биочара подвержена биотическому разложению.

Проанализирована сезонная динамика объемной влажности залежной и двух пахотных лугово-черноземных почв (Gleyic Chernozem (Siltic, (Aric), Pachic)) в слое 0–60 см, а также уровень залегания грунтовых вод в Токаревском районе Тамбовской области c осени 2022 по лето 2023 гг.; проведено сравнение с режимными наблюдениями за объемной влажностью и уровнем грунтовых вод этих почв за 1969–1971 гг. Залежная лугово-черноземная почва характеризуется большей влажностью, чем почвы пашни; для верхних горизонтов пахотных почв характерна большая частота периодов увлажнения–иссушения и их меньшая непрерывная продолжительность, что подтверждается как данными мониторинга, так и формой карбонатных новообразований. Лугово-черноземные почвы в 2022–2023 гг. были достаточно сухими, несмотря на повышенное по сравнению с климатической нормой среднегодовое количество осадков. Влажность менее влажности завядания в слое 0–20 см пахотных почв устанавливалась с марта 2023 г., в залежной почве – с конца апреля 2023 г. Периоды с влажностью больше наименьшей влагоемкости в слое 0–60 см не были выявлены. Почвы были суше, чем в засушливый 1972 г., когда влажность менее влажности завядания в верхней части профиля наблюдалась в период с июня по сентябрь, во влажные 1969–1970 гг. она не опускалась ниже влажности завядания в слое 0–20 см за весь период наблюдения. Основной причиной такой разницы является изменение уровня залегания грунтовых вод: более 4 м основную часть 2022–2023 гг.; в 1969 г. воды не опускались глубже 2 м, 1971 – глубже 4 м. В результате подпитка почв влагой за счет капиллярного поднятия в 2022–2023 г. не происходила, и водный режим лугово-черноземных почв больше соответствовал водному режиму черноземов.

Одним из энергетических предприятий первого класса опасности, работающем преимущественно на угле, выбросы которого оказывают негативное воздействие на окружающую среду Ростовской области, является Новочеркасская ГРЭС. Целью исследования являлся анализ накопления Zn, Pb, Cu, Mn, Ni, Cr и Cd в почвах и различных видах лекарственных растений импактной зоны Новочеркасской ГРЭС. Показано превышение валового содержания Cr, Ni и Cd в почвах по сравнению с фоном и ориентировочно допустимой концентрации до 1.4 раза. При этом, установлено превышение предельно допустимой концентрации подвижных форм Cu в почвах до 4 раз, Zn, Pb, Ni и Cr – до 2 раз. Выявлено, что полынь горькая, цикорий обыкновенный и пижма обыкновенная аккумулируют тяжелые металлы преимущественно в надземной части, тысячелистник щетинистый – в корнях. Выявлено превышение максимально допустимого уровня содержания элементов у тысячелистника до 3.5 раз по Pb, до 5 раз по Cd и до 3 раз по Ni, у полыни по Pb до 5.5 раз и Ni до 2 раз, у цикория по Pb и Cd до 2 и 6 раз, у пижмы по Pb и Cd в 3 раза. Наиболее высокое содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве и их аккумуляция в растениях наблюдается в пределах 3 км в северо-западном направлении от ГРЭС. На основе биогеохимических показателей дана оценка степени техногенной нагрузки на почвы и лекарственные растения импактной зоны.

Проведена экологическая оценка содержания Cr, Pb, Cd, Hg, As в пахотных почвах и сельскохозяйственных растениях Центрально-Черноземного экономического района России на примере Белгородской области. В ходе исследований установлено, что среднее содержание кислоторастворимых форм Cr, Pb, Аs, Cd, Hg в пахотных черноземах выщелоченных составляет 19.8, 10.0, 4.15, 0.22, 0.021, в черноземах типичных – 20.0, 10.3, 4.18, 0.23, 0.022, в черноземах обыкновенных – 20.9, 11.2, 5.48, 0.35, 0.023 мг/кг соответственно. Среднее содержание подвижных форм Pb, Cr и Cd в пахотных черноземах выщелоченных составляет 0.52, 0.14, 0.06, в черноземах типичных – 0.46, 0.13, 0.05, в черноземах обыкновенных – 0.55, 0.13, 0.04 мг/кг соответственно. Превышения установленных нормативов ОДК и ПДК этих элементов в исследуемых почвах не наблюдалось. Основным источником поступления ТМ в пахотные почвы Белгородской области являются органические удобрения. Среднее содержание Cr, Pb, As, Сd и Hg в навозе крупного рогатого скота (25% сухого вещества) составляет 0.90, 0.78, 0.277, 0.060 и 0.0084 мг/кг соответственно. Из исследуемых сельскохозяйственных культур в семенах подсолнечника зафиксировано наибольшее содержание Cd, Pb и Cr, а в зерне озимой пшеницы – Hg и Аs. В зерне сои установлено наименьшее содержание Pb, Hg и Аs, а в зерне кукурузы – Cr, Cd и Аs. В зерне озимой пшеницы, кукурузы, сои и семенах подсолнечника содержание Pb, Cd, Hg, As не превышало значений предельно допустимых концентраций, установленных для продукции, предназначенной на пищевые цели, а концентрация Cr не превышала максимально допустимого уровня, установленного для кормов.

Проанализированы многолетние 2017–2023 гг. наблюдения за эмиссией СО₂ из почвы в Центральном Черноземье, Курская область, которые проводили с помощью инфракрасных газоанализаторов методом закрытых камер. Полученные оценки дыхания почвы за год в антропогенных и природных экосистемах, формирующих современный лесостепной агроландшафт европейской части России, варьируют от 651 ± 88 (неудобряемый огород) и 895 ± 91 (многолетние пашни) до 1040 ± 55 г С(СО₂)/(м² год) в луговых степях и широколиственных лесах, а также 1549 ± 215 г С(СО₂)/(м² год) на 2–8-летней залежи. Доля микробного дыхания в местных почвах за вегетационный сезон составила 55.5% в широколиственных лесах, 72.4% в луговой степи и 77.6% на залежи. Рассчитанные по разнице между чистой первичной продукцией (по модели CBM–CFS3 и данным таксации) и гетеротрофным дыханием (дыхание почвы и эмиссия СО₂ от крупного древесного дебриса) оценки экосистемного нетто-баланса трех участков широколиственного леса варьируют от +130 г С/(м² год), соответствующего поглощению углерода из атмосферы, до –112 г С/(м² год), соответствующего его источнику. В последнем случае нетто-источник связан с накоплением значительных запасов крупного древесного дебриса в результате гибели деревьев от ксилофагов. На пашнях аналогично рассчитанные по чистой первичной продукции и гетеротрофному дыханию показатели нетто-баланса углерода меняются от +186 до –144 г С/(м² год). При этом подавляющий вклад в межгодовые вариации гетеротрофного дыхания на различных полях вносит вид возделываемой в данное время культуры (87.9%). Сделан вывод о применимости рассматриваемого подхода при оценках нетто-баланса С, как в природных, так и в антропогенных экосистемах, однако наибольшую степень неопределенности вносят оценки доли микробного дыхания.

Представлены результаты исследований, направленных на оценку изменчивости показателей респираторной активности почвенной микробиоты (скорость базального и субстрат индуцированного дыхания), а также содержания углерода органического вещества и микробной биомассы в почвах, сформировавшихся и функционирующих в естественных (малоповрежденных) биогеоценозах, вдоль высотного градиента от предгорных до высокогорных районов Центрального Кавказа (500–3500 м над ур. м., эльбрусский вариант поясности, Кабардино-Балкария). Показано, что при возрастании абсолютной высоты, от горных черноземов к горно-луговым субальпийским почвам, значения всех изученных параметров в поверхностных горизонтах (0–10 и 0–20 см, в зависимости от типа почв) значимо увеличиваются, а на максимальной высоте – в горно-луговых альпийских почвах существенно уменьшаются. Установлено, как меняются рассматриваемые параметры в почвах различных типов, расположенных в пределах одного высотного пояса. Выявлено, что сравниваемые пары типов почв статистически значимо различаются по большинству изученных показателей (t > 2.5; p < 0.02). Полученные данные свидетельствуют, что влияние высотного градиента в значительной степени преломляется дополнительными факторами. Для выявления степени влияния основных факторов, характеризующих рельеф (высота над ур. м., аспект, уклон) и климат (19 биоклиматических характеристик) на формирование изученных параметров, проведен мультирегрессионный анализ. Он показал, что средний совокупный вклад всех 22 факторов в варьирование изученных показателей составляет: в горных черноземах 40%, в горно-луговых черноземовидных почвах 66%, в горных лугово-степных субальпийских почвах 31%, в горно-луговых субальпийских 67%, в горно-луговых альпийских почвах 67%. Таким образом, как для почв, расположенных вдоль высотного градиента, так и функционирующих в пределах одного высотного пояса, влияние рассмотренных факторов может существенно отличаться, а рельеф и климат играют важную, но не единственную роль при формировании свойств горных почв Центрального Кавказа.